Il risonatore al quarzo è un dispositivo elettronico basato sull'effetto piezoelettrico e sulla risonanza meccanica. È usato dalle stazioni radio, dove imposta la frequenza portante, negli orologi e nei timer, registrando un intervallo di 1 secondo.
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Cos'è e perché ne hai bisogno
Il dispositivo è una fonte di oscillazioni armoniche di alta precisione. Ha, in confronto ai suoi analoghi, un'alta efficienza, parametri stabili.
I primi esempi di dispositivi moderni apparvero sulle stazioni radio negli anni 1920 e 1930 come elementi di funzionamento stabile in grado di impostare una frequenza portante. Loro:
- Ha sostituito i risonatori a cristallo basati sul sale di segnaetium, inventati da Alexander M. Nicholson nel 1917 e caratterizzati da instabilità;
- per sostituire il circuito bobina-condensatore che era stato usato ma non era molto buono fino a 300 e risentiva dei cambiamenti di temperatura.
Un po' più tardi, i risonatori al quarzo divennero parte integrante dei timer, degli orologi e delle sveglie. Componenti elettronici con una frequenza di risonanza intrinseca di 32768 Hz, che in un contatore binario a 15 cifre imposta l'intervallo di tempo a 1 secondo.
I dispositivi sono utilizzati oggi in:
- orologi al quarzo, dando loro precisione indipendentemente dalla temperatura ambiente;
- Strumenti di misura che garantiscono un'alta precisione;
- ecoscandagli marini utilizzati nei sondaggi e per la mappatura dei fondali marini, per fissare scogliere, banchi e localizzare oggetti nell'acqua
- circuiti corrispondenti a oscillatori di riferimento a sintetizzazione di frequenza
- circuiti utilizzati nelle indicazioni d'onda dei segnali SSB o telegrafici;
- radio con un segnale DSB a una frequenza intermedia
- filtri passa-banda Ricevitori di tipo supereterodinaQuesti sono più stabili e robusti dei filtri LC.
I dispositivi sono disponibili in diversi alloggiamenti. Divisi in lead-through, usati nel montaggio volumetrico, e SMD, usati nel montaggio superficiale.
Il loro rendimento dipende dall'affidabilità del circuito di commutazione, che influisce:
- deviazione di frequenza dal valore richiesto, stabilità dei parametri
- tasso di invecchiamento del dispositivo;
- la capacità di carico.
Proprietà del risonatore di quarzo
Supera gli analoghi precedenti, il che rende il dispositivo indispensabile in molti circuiti elettronici, e spiega la portata del dispositivo. Questo è dimostrato dal fatto che nel primo decennio dalla sua invenzione più di 100.000 unità sono state prodotte negli Stati Uniti (senza contare gli altri paesi).
Tra le proprietà positive dei risonatori al quarzo, che spiegano la popolarità, la domanda dei dispositivi:
- buon fattore di qualità, i cui valori - 104-106 - superano i parametri degli analoghi usati in precedenza (hanno fattore di qualità di 300);
- piccole dimensioni, che possono essere misurate in frazioni di millimetro;
- resistente alle fluttuazioni di temperatura;
- lunga vita di servizio;
- facilità di fabbricazione;
- possibilità di costruire filtri a cascata di alta qualità senza sintonizzazione manuale.
I risonatori al quarzo hanno anche degli svantaggi:
- Gli elementi esterni permettono di regolare la frequenza in una gamma ristretta;
- hanno una costruzione fragile;
- non tollerano il calore eccessivo.
Principio di funzionamento del risonatore al quarzo
Il dispositivo funziona sulla base dell'effetto piezo, che appare su una piastra di quarzo, e a bassa temperatura. L'elemento è tagliato da un singolo pezzo di cristallo di quarzo, osservando un angolo predeterminato. Quest'ultimo determina i parametri elettrochimici del risonatore.
Le piastre sono rivestite su entrambi i lati con uno strato di argento (platino, nichel, oro sono adatti). Sono poi saldamente fissati in un involucro che viene sigillato. Il dispositivo è un sistema oscillante che ha una propria frequenza di risonanza.
Quando gli elettrodi sono esposti a una tensione alternata, la piastra di quarzo, che ha proprietà piezoelettriche, si piega, si comprime, si sposta (a seconda del tipo di lavorazione del cristallo). Allo stesso tempo un contro EMF appare in esso, come in una bobina d'induttore in un circuito oscillante.
Quando viene applicata una tensione a una frequenza che coincide con l'oscillazione naturale della piastra, si verifica la risonanza nel dispositivo. Allo stesso tempo:
- l'elemento di quarzo ha un aumento dell'ampiezza di oscillazione;
- la resistenza del risonatore è molto ridotta.
L'energia richiesta per sostenere l'oscillazione è bassa quando le frequenze sono uguali.
Marcatura di un risonatore al quarzo in un diagramma di circuito
Il dispositivo è designato allo stesso modo di un condensatore. Differenza: tra i segmenti verticali c'è un rettangolo - il simbolo di una piastra fatta di cristallo di quarzo. Uno spazio vuoto separa i lati del rettangolo e le coperture del condensatore. Il simbolo QX può apparire accanto ad esso nel diagramma.
Come testare un risonatore al quarzo
I problemi con i piccoli dispositivi si verificano se ricevono un duro colpo. Questo si verifica quando i dispositivi che contengono risonatori vengono fatti cadere. Questi ultimi si guastano e devono essere sostituiti allo stesso modo.
Il controllo del corretto funzionamento di un risonatore richiede un tester. È assemblato sulla base di un transistor KT3102, 5 condensatori e 2 resistenze (il dispositivo è simile a un oscillatore al quarzo assemblato su un transistor).
Il dispositivo deve essere collegato alla base del transistor e al polo negativo nei collegamenti elettrici, proteggendo il dispositivo con un condensatore di protezione. L'alimentazione del circuito di commutazione è a 9V costanti. Il plus è collegato all'ingresso del transistor, alla sua uscita attraverso un condensatore - un misuratore di frequenza, che registra i parametri di frequenza del risonatore.
Il circuito viene utilizzato quando si regola il circuito di oscillazione. Quando il risonatore è in buone condizioni, quando è collegato emette delle oscillazioni che fanno apparire una tensione alternata all'emettitore del transistor. La frequenza della tensione coincide con quella del risonatore.
Il dispositivo è difettoso se il frequenzimetro non registra la presenza di frequenza o rileva la presenza di frequenza, ma essa - o molto diversa da quella nominale, o quando la cassa viene riscaldata con un saldatore, cambia notevolmente.
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